《測(cè)試技術(shù)概述》課件

測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理主講人：劉建慧博士副教授先進(jìn)制造技術(shù)研究所河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!測(cè)試技術(shù)概述二、測(cè)試系統(tǒng)的基本組成三、簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)舉例五、測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)六、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用四、測(cè)試技術(shù)的常用方法概述一、測(cè)試的重要作用和意義《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!隨著科技的發(fā)展，測(cè)試技術(shù)已經(jīng)形成了一門專門的技術(shù)科學(xué)。人們通過(guò)測(cè)試獲得客觀事物的定量概念，以掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在某種意義上來(lái)說(shuō)，“沒(méi)有測(cè)試，就沒(méi)有科學(xué)?！币?yàn)槿祟惖母鞣N活動(dòng)領(lǐng)域中都離不開(kāi)測(cè)試。測(cè)試包含著測(cè)量和試驗(yàn)兩大內(nèi)容。測(cè)量就是把被測(cè)系統(tǒng)中的某種信息，如運(yùn)動(dòng)物體的位移、速度、加速度檢測(cè)出來(lái)，并加以度量；試驗(yàn)就是通過(guò)某種人為的方法，把被測(cè)系統(tǒng)所在的許多信息中的某種信息，用專門的裝置人為地把它激發(fā)出來(lái)，加以測(cè)量。因此，測(cè)試工作是人們認(rèn)識(shí)客觀事物、掌握其內(nèi)在規(guī)律，從而利用并改造世界的重要手段?！稖y(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!“機(jī)遇”號(hào)火星車拍攝火星土壤的顯微照片

“勇氣”號(hào)火星車發(fā)回的彩色照片美國(guó)勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!二、測(cè)試系統(tǒng)基本組成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號(hào)檢出部分）（信號(hào)變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!2、信號(hào)變換部分檢出信號(hào)適合于分析和處理的信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時(shí)；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換----需要電流輸出時(shí)；目的：4）簡(jiǎn)化后續(xù)系統(tǒng)的組成2）消除或抑制傳感器輸出量中的無(wú)用信號(hào)3）提高測(cè)量、分析的準(zhǔn)確度信號(hào)放大----輸出信號(hào)微弱時(shí)；噪聲抑制----信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)1）對(duì)傳感器的輸出量變換成易于處理或放大的量《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!當(dāng)機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于兩極板間的極距d發(fā)生變化，其電容也發(fā)生變化。只要測(cè)得此電容的變化，就能間接知道車床主軸的徑向跳動(dòng)的量值。電容式位移測(cè)量?jī)x是將傳感器測(cè)得的電容的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，并進(jìn)行濾波放大等處理。計(jì)算機(jī)則通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換卡，將測(cè)得的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)分析處理后，將結(jié)果通過(guò)所需要的圖形成文字顯示出來(lái)．也可以打印出來(lái)。三、簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)舉例《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!四、測(cè)試技術(shù)的常用方法概述選擇：被測(cè)量的性質(zhì)、特點(diǎn)和測(cè)量任務(wù)要求分類：（1）按測(cè)量手段：直接測(cè)量、間接測(cè)量（2）按測(cè)量值的獲得方式：偏移法測(cè)量、零位法測(cè)量、差分式測(cè)量（3）按傳感器與被測(cè)對(duì)象是否直接接觸：接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量（4）根據(jù)對(duì)象變化的特點(diǎn)：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量1、直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量----與同類基準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較以得到被測(cè)量線紋尺----物體尺寸、天平----物體重量間接測(cè)量----被測(cè)量無(wú)法或不易進(jìn)行直接測(cè)量自變量目標(biāo)變量負(fù)載電阻功率=電壓電流（關(guān)系）（直接測(cè)量）《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!4、隨動(dòng)跟蹤測(cè)量---基于零位法的測(cè)量例：高精度電子秤、伺服加速度計(jì)、高精度壓力傳感器自學(xué)習(xí)能力---神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬某種非線性映射---智能化檢測(cè)的標(biāo)志之一高精度測(cè)量5、主動(dòng)探索與信息反饋型檢測(cè)自適應(yīng)能力改變傳感器的工作溫度傳感器的靈敏度被測(cè)對(duì)象傳感器信息處理檢測(cè)結(jié)果通過(guò)學(xué)習(xí)不斷調(diào)整連接強(qiáng)度問(wèn)題最優(yōu)解調(diào)整對(duì)象的位置、姿態(tài)使檢測(cè)結(jié)果具有確定性信號(hào)特征辨析《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!用電測(cè)方法測(cè)試時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以將許多不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量加以測(cè)量，從而可以使用相同的測(cè)量和記錄顯示儀器。(2)輸出的電量信號(hào)可以作遠(yuǎn)距離傳輸，有利于遠(yuǎn)距離操作和自動(dòng)控制。(3)采用電測(cè)法可以對(duì)變化中的參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，因此可以測(cè)量和記錄其瞬時(shí)值及變化過(guò)程。(4)易于用許多后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析儀器，特別是與電子計(jì)算機(jī)連接。從而能夠?qū)?fù)雜的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行快速的運(yùn)算分析處理，以及提供反饋控制。﹤《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!3）傳感器向著高精度小型化和集成化方向發(fā)展微電子技術(shù)---多個(gè)同類型傳感器集成在一個(gè)芯片或陣列上②一體化：將傳感器和后續(xù)的處理電路集成一體③微型化：微米/納米技術(shù)、MEMS技術(shù)體積微小、重量輕微特點(diǎn)：點(diǎn)測(cè)量平面/空間測(cè)量例：電荷耦合器件（CCD）----光敏元陣列數(shù)碼相機(jī)多功能傳感----不同功能的傳感器集成化①集成化：特點(diǎn)：一個(gè)傳感器可以同時(shí)測(cè)量不同種類的多個(gè)參數(shù)例：測(cè)量血液中各種成分的多功能傳感器特點(diǎn)：減少干擾，提高靈敏度，方便使用；可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（傳感器和數(shù)據(jù)處理電路集成）2、測(cè)試系統(tǒng)由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展以計(jì)算機(jī)為中心的檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜對(duì)象或系統(tǒng)的多路、多參數(shù)檢測(cè)；數(shù)據(jù)存貯、傳輸、處理或復(fù)雜分析加工；故障診斷﹤《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!“手-眼”定位：兩個(gè)攝像機(jī)---兩幅平面圖像---三維場(chǎng)景信息用于：目標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別、障礙物判斷、主動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)視覺(jué)導(dǎo)航無(wú)人駕駛汽車、無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)車、探測(cè)機(jī)器人實(shí)例：美國(guó)Sojourner系列和Rocky系列火星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人2、機(jī)器人密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型香港理工AGV模型《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!智能電子警察監(jiān)測(cè)系統(tǒng)《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!超聲波探傷/測(cè)距/測(cè)物tA《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!1、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段一、測(cè)試技術(shù)的作用與意義被動(dòng)檢測(cè)主動(dòng)檢測(cè)（在線檢測(cè)）質(zhì)量控制領(lǐng)域2、在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益3、自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過(guò)程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測(cè)獲取信息分析判斷自動(dòng)控制自動(dòng)化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測(cè)技術(shù)的完善和發(fā)展推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步檢測(cè)手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度理論研究成果離不開(kāi)必要的檢測(cè)手段《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!生物醫(yī)學(xué)圖像分析醫(yī)學(xué)臨床診斷：X射線、B超、CT、核磁共振（MRI）醫(yī)學(xué)影像融合分析細(xì)胞個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

CT圖像自動(dòng)檢測(cè)：染色體切片、癌細(xì)胞切片、超聲波圖象﹤《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!1、信號(hào)檢出部分傳感器（Sensor）----執(zhí)行檢出功能的器件信號(hào)提?。ū粶y(cè)量）、傳輸（信號(hào)變換部分）特點(diǎn)：1）輸出量為電壓、電流、頻率2）輸出的電信號(hào)一般較微弱：電壓----毫伏級(jí)、微伏級(jí)；電流----毫安級(jí)、納安級(jí)3）輸出信號(hào)與噪聲混雜在一起----傳感器內(nèi)部噪聲傳感器的信噪比小、輸出信號(hào)弱----信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中4）傳感器的輸出特性呈線性或非線性選擇：測(cè)量精度要求、被測(cè)量變化范圍、被測(cè)對(duì)象所處的環(huán)境條件以及對(duì)傳感器體積和整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的成本等的限制電阻、電容、電感兩種：數(shù)字量、模擬量5）外界環(huán)境的變化會(huì)影響傳感器的輸出特性檢測(cè)系統(tǒng)中形式最多樣、與被測(cè)對(duì)象關(guān)聯(lián)最密切的部分《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容----檢測(cè)系統(tǒng)的研究中心通用標(biāo)準(zhǔn)接口---不同的系統(tǒng)尤其是不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)4、通信接口與總線部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)----強(qiáng)大問(wèn)題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制自動(dòng)化、智能化USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行總線：傳送數(shù)字信號(hào)的公共通道----信號(hào)線的集合RS-232C、VXI、Centronics（并行）（硬件系統(tǒng)）（規(guī)范、結(jié)構(gòu)形式）接口---分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息﹤《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成

傳感器將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。

信息轉(zhuǎn)換信息提取﹤《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!2、偏移法與零位法測(cè)量1）偏移法---完全從被測(cè)量中獲得信號(hào)轉(zhuǎn)換所需能量例：彈簧秤2）零位法---不從信號(hào)源獲得能量作用：測(cè)量原理線性化、提高靈敏度結(jié)構(gòu)：對(duì)稱結(jié)構(gòu)的兩個(gè)傳感器，被測(cè)量反對(duì)稱作用在兩個(gè)傳感器上（常見(jiàn)檢測(cè)結(jié)構(gòu)形式）高精度測(cè)量例：天平稱量物體測(cè)量誤差3、差分式測(cè)量消除干擾的影響2《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!最常用的測(cè)試方法—電測(cè)法

在各種測(cè)量中，大量的參量很難用直接測(cè)量的方法獲得，需要將它們的變化轉(zhuǎn)換成另外某些參的變化，然后對(duì)轉(zhuǎn)換后的參量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的方法可以用機(jī)械方法、光學(xué)方法、電學(xué)方法和聲學(xué)方法等等。隨著微電子技術(shù)、半導(dǎo)體超大集成器件的發(fā)展．特別是微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，極大的推進(jìn)了測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)電量的測(cè)量技術(shù)已達(dá)到比較完美的程度。由于它的高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及低功耗、結(jié)構(gòu)小、可以速續(xù)測(cè)量、自動(dòng)控制和可以方便地與計(jì)算機(jī)接口等連接，使之達(dá)到了用機(jī)械方法和一般光學(xué)方法測(cè)量時(shí)很難達(dá)到的水平，致使電測(cè)法(把被測(cè)的非電量變換成電量后，再加以測(cè)量)在動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用?！稖y(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!五、測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)試技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測(cè)理論、方法和技術(shù)手段1、傳感器水平的提高光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）化學(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)）以及檢測(cè)超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器2）新領(lǐng)域、新需求新型傳感器科學(xué)研究形成推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!六、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等(1)零件的識(shí)別與定位1、工業(yè)檢測(cè)■自動(dòng)連接引線、對(duì)準(zhǔn)芯片和封裝；■自動(dòng)安裝部件，自動(dòng)焊接或自動(dòng)切割加工、自動(dòng)澆注系統(tǒng)等。(2)零件尺寸的在線測(cè)量鋼板厚度的在線測(cè)量

(3)零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測(cè)(5)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、編碼識(shí)別商品條碼、印鑒、標(biāo)簽(4)產(chǎn)品分類、分組蘋(píng)果分級(jí)、分色、配色《測(cè)試技術(shù)概述》課件共30頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!交通---車輛識(shí)別、牌照識(shí)別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測(cè)安全---指紋判別與匹配、面孔與眼底識(shí)別、安全檢查（飛機(jī)、海關(guān)）監(jiān)視---超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場(chǎng)、電梯閉路電視5、軍事與國(guó)防：4、監(jiān)控、安防、交通管理：超低空雷達(dá)、超視距雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)遙測(cè)、夜視儀、聲納成象6、辦公與家電：辦公設(shè)備---數(shù)碼復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、繪圖儀家用電器---數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、可視電話、可視門鈴3、遙感圖像分析：衛(wèi)星遙感圖像---氣象衛(wèi)星（紅外成象---云圖---氣象狀況）資源衛(wèi)星（